专利名称：三相输入单相输出的变压器的制作方法
技术领域：
本发明提出了一种三相输入单相输出的变压器，包括铁芯、原边绕组和副边绕组，涉及到改变相数的变压器。
中国发明专利公开说明书CN86102354号公开了一种《新型焊接变压器》，可以实现三相输入单相输出，同时波形和频率保持不变。
这种变压器实际包括一个多芯柱的铁芯(例如“日”字型或“三角”型铁芯)、原边和副边各三个绕组。它同电网的联接和输出方式也是特别的。其原边的两个正常绕组按照正常的星形接法接入三相电网的任意两相;另一个绕组匝数较多，接在三相电网的另一相和零线之间。因为前者接在二相之间，后者接在一相上，为着叙述的方便，在此将前者称为线间绕组，后者称为相间绕组。由于三相电网中线电压高于相电压，因此，每一个线间绕组的匝数都是按其压降为线电压的一半设计的，而相间绕组的匝数则是按其压降为相电压设计的，故相间绕组的匝数多于一个线间绕组的匝数。
这种变压器相当于两个原边并联运行的单相变压器，其副边采用电压同相串联输出。第一个单相变压器是两个线间原边绕组和与之紧耦合的两个副边绕组，其输入电压为三相电网的线电压(例如380伏)。其输出电压由两个副边绕组串联提供，故该单相变压器副边输出的是一个由A、B两相叠加而成的正弦电压(设其原边接A、B两相)。另一个单相变压器是相间原边绕组和与之紧耦合的一个副边绕组，其输入电压是三相电网的相电压(例如220伏)。故第一个单相变压器的原边总匝数较多(两个线间绕组匝数之和)，后一单相变压器的原边总匝数较少(相间原边绕组的匝数)。为保证三相功率大致相等，与相间绕组紧耦合的副边绕组的匝数也较多，是其他副边绕组的1.3倍，这是按照各副边绕组输出电压相等的原则，根据变比计算得来的。
尽管实测结果证明这种变压器从三相电网的每一相吸取的电流或功率大致相等，但是，它还是存在以下问题;
首先，这种变压器只允许采用“日”字型或“三角”型铁芯。
其次，它的原边不能采用正常的星形或三角形接法，不利于灵活运用电源电压。
第三，也是最主要的是，其原边必须接零线，并且零线电流等于一相的电流，因此不能做到严格意义上的三相平衡，这对电网带来的好处是有限的。
本发明的任务在于克服上述缺点而提出一种新的三相输入单相输出变压器，其原边不必须接电网零线也能实现严格意义上的三相平衡用电。
本发明采用一个原边反接绕组，通过磁通叠加法实现了上述任务。所构成的变压器如下一种三相输入单相输出的变压器，有一个铁芯〔1或者2〕、原边绕组〔A、B、C〕和副边绕组〔D〕，本发明的特征是原边三个绕组中有一个同名端反接绕组〔C〕，它们均绕在铁芯的同一个芯柱上，所说的反接绕组的匝数为另两个正常原边绕组的匝数之和。
众所周知，三相交流电相间互差180°因此，其中任意两相的矢量和均等于第三相的相反数。将第三相倒相后与之相叠加，将产生一个与第三相反相，并且2倍于第三相的相反数的正弦波电压。这是电压叠加;已有技术正是利用了副边的电压叠加实现了三相至单相的变换。
同理，将原边三绕组中的一个绕组首尾交换后，三绕组产生的磁通在铁芯中也将发生类似如上所述地相互叠加，生成一个滞后于第一相60°、领先于第二相60°、与第三相反相的正弦变化磁通，该正弦交变磁通必将在副边绕组中感生出一个同相的正弦波电动势，本发明正是利用这一点实现了三相至单相的转变。
将反接绕组匝数加倍的目的，是为了平衡因各绕组间的耦合而导致的反接绕组实际感抗的减小，以便平衡三相电流和功率。这种匝数差异与已有技术的不同之处在于，加在不同匝数的绕组上的电压是一样的。
本发明变压器的变比为副边绕组与反接绕组匝数之比。
根据使用要求，在采用三芯柱(例如“日”字型)铁芯时，副边绕组可以绕在原边所在的芯柱上，也可以分绕在两边的两个芯柱上。在采用单芯柱(例如“口”字型)铁芯时，副边绕组可以绕在原边所在的边上，也可以绕在其对应边上。当副边分绕时，一般是同相串联输出。根据需要也允许并联输出或单独输出，但是副边输出电压下降一半。
另外值得一提的是，本发明变压器副边分绕时，在各线圈上得到的是同相位的电压输出。这一点与已有技术的三个副边绕组有本质的不同。
本发明变压器不同于已有技术的优点是，原边三绕组能够以星形或三角形接法接入三相电网，不要求必须接零线，因此可以说是实现了严格意义上的三相平衡。同时，各绕组间接线简单，允许使用最常用的“口”字型或“日”型铁芯，故制做比较简单、容易。
本发明包括五幅附图。其中
图1和图2分别是本发明三相输入单相输出变压器原边采用星形接法和三角形接法时的电原理图。图中A、B为正常绕组，C为反接绕组，其匝数为两个正常绕组A和B匝数之和，D为副边绕组;
图3是本发明变压器的三相矢量图，表明了这种变压器四个绕组上的电压相位关系;
图4是本发明变压器采用“日”型铁芯时的绕线示意图，为本发明的一个实施例，可用来以三相电网为单相电用户供电。
图5是本发明变压器采用“口”字型铁芯时的绕组示意图，它构成本发明的另一个实施例，用它可制成三相供电的焊接变压器。
在图4和图5中，实线表示星形接法时的接线关系A、B两正常绕组的首端〔a、b〕与反接绕组C的尾端〔c〕相接形成中性点〔O〕，三个绕组的未用端〔a-、b-和c〕分别接电网A、B、C三相线。点划线表示三角形接法时的接线关系正常绕组A的首端〔a〕与反接绕组C的首端〔C〕相接，尾端〔a-〕与正常绕组B的首端〔b〕相接，正常绕组B的尾端〔b-〕再与反接绕组C的尾端〔c-〕相接，以每两个绕组间的连接点〔ac、ba-、c-b-〕接三相电网的三相线。
下面对照附图的标号说明这两个实施例，并进一步详细介绍本发明的构成。
如图1和图2所示，本发明三相输入单相输出变压器有一个铁芯〔1〕、三个原边绕组〔A、B、C〕和一个副边绕组〔D〕。三个原边绕组均绕在铁芯的同一个芯柱〔或〕上，各原边绕组间均为紧耦合。其中原边绕组〔C〕为同名端反接绕组，其匝数2倍于正常的原边绕组。原边绕组〔A和B〕为正常接法的绕组，它们的匝数均为反接绕组匝数的一半。
与普通三相变压器类似，本发明变压器的原边有星形和三角形两种接法，它们的接线方法由图4和图5中可以看得很清楚。不论哪种接法，本发明的变压器均不要求必须接电网零线。这一特点可被用来构成一种“浮地”的单相供电系统。由于在这种系统中入户线均不通大地，可以避免相电压触电，因此更加安全。
本发明变压器的设计方法与一般电力变压器类似。设计过程是先按照普通变压器的设计方法设计一个同功率的普通变压器，然后实取反接绕组的匝数2倍于正常绕组，铁芯截面积1.8～2.5倍于计算值，具体倍数可根据可能出现的过载情况确定。当采用“日”字型铁芯时，最好根据磁路对称的原则将原边绕组绕在中间的芯柱上。另外，这种情况下一般只须将原边绕组所在的芯柱截面积乘以上述倍数，两侧的芯柱仍可维持计算值，一般可取中间芯柱截面2倍于边上的芯柱截面。
由图3的相位图可以看出，本发明变压器副边得到的是一个滞后于A相60°、领先于B相60°、与C相反相的正弦波电压，其频率显然与输入电压相同。
图4给出了一种采用多芯柱(例如“日”型三芯柱)铁芯〔1〕的本发明三相输入单相输出变压器的绕线示意图。它的全部四个绕组均绕在中间的一个芯柱上(中副边绕组如图5中虚线所示)，以保证副边绕组同原边的全部三个绕组实现相同的耦合度。也可以将三个原边绕组绕在中间芯柱上，副边绕组〔D〕平均分绕于两边的芯柱上(副边绕组如图5实线所示)。这种情况下，可以让两个副边串联或并联输出，也可以单独输出。单独输出时相当于二个三相变单相的变压器，提供两个同相位同频率的电压。但其输出电压幅值和功率均减半。根据需要，也允许绕在两边的匝数不相等，以便提供同频率、同相位、但是不同幅值的副边输出。
在采用“日”字型铁芯的情况下，只将反接绕组所在的芯柱截面积加大就可以补偿原边绕组间的相互耦合所造成的反接绕组感抗下降。因为本发明要求原边绕组全部绕在同一个芯柱上，因此，本例中仅有原边绕组所在的中间芯柱截面积1.8～2.5倍于相同功率的普通变压器，边上的芯柱依然按照普通变压器设计计算的铁芯截面制做。实际上本例取中间芯柱截面积二倍于边上的芯柱截面积。
图5的实施例是一种采用本发明原理的焊接变压器。它采用单芯柱(例如“口”字型)铁芯〔2〕。三个原边绕组〔A、B、C〕绕在“口”型的一条边上，副边绕组〔D〕绕在另外一条边上。在所说的“口”型铁芯中间提供一个可调的漏磁回路，从而构成焊接用变压器，这可以采用同一般焊接变压器一样的方法，在“口”型铁芯的中部设一个可沿铁芯法向移动的活动芯柱来实现。
当然，如果去掉所说的可动芯柱，本实施例的变压器也可以用作三相变单相的供电变压器。利用同样的原理设计出动圈式或同体式焊接变压器也是非常容易的。
权利要求
1.一种三相输入单相输出的变压器，有一个铁芯、原边绕组[A、B、C]和副边绕组[D]，本发明的特征是原边三个绕组中有一个同名端反接绕组[C]，它们均绕在铁芯的同一个芯柱上，所说的反接绕组匝数为两个正常原边绕组[A、B]匝数之和。
2.如权利要求1所述之变压器，其特征是采用日形铁芯〔1〕时，其原边绕组〔A、B、C〕全部绕在中间的一个芯柱上，其副边绕组〔D〕或者平均分绕于两边的芯柱上，或者也绕于原边绕组所在的中间芯柱上。
3.如权利要求1所述之变压器，其特征是采用单芯柱(例如“口”形)铁芯〔2〕时，三个原边绕组〔A、B、C〕绕在铁芯的一条边上，副边绕组〔D〕绕在另外一条边上，在所说的口形铁芯中间提供一个可调的漏磁回路，从而构成焊接用变压器。
4.如权利要求1、2或者3中任何一项所述之变压器，其特征是其铁芯截面积1.8～2.5倍于相同功率的普通变压器。
5.如权利要求4所述之变压器，其特征是当采用日形铁芯时，仅有原边所在的芯柱截面积1.8～2.5倍于相同功率的普通变压器。
全文摘要
本发明提出一种采用磁通倒相的三相变单相变压器。它有一个口形或日形铁芯，三个原边和一个副边绕组。其中原边有一个同名端反接绕组，其匝数2倍于一个正常绕组，用来产生倒相磁通。该反接绕组同另外两个正常绕组产生的磁通叠加后，生成一个滞后于第一相领先于第二相各60°，与第三相反相的正弦交变磁通。该磁通在副边感生出单相的正弦波电压。这种变相数的变压器原边可有三角和星形两种接法，不必须接电网零线，可实现严格意义上的三相平衡用电。
文档编号H01F27/28GK1043584SQ88108538
公开日1990年7月4日 申请日期1988年12月14日 优先权日1988年12月14日
发明者李智慧 申请人:李智慧